发光二极管及其制造方法_3

文档序号:8909318阅读:来源:国知局
图中的装置,则原本描述为“低于”其他的元件或特点的元件将转变为“高于”其他的元件或特点。因此,范例的术语“低于”可包含高于及低于两种方位。上述装置可另外定向(旋转90度或其他的方位),且因此本文所使用的空间关系描述语将相对应地解释。
[0091]图4是根据本发明的一示范实施例的一种发光二极管的示意剖面图。
[0092]参照图4,根据本发明的一实施例的一种发光二极管包括基板51、发光单元S1、发光单元S2、透明电极层61、电流阻挡层60a、绝缘层60b、绝缘保护层63、及内连线65。发光二极管可还包括缓冲层53。
[0093]基板51可为绝缘或导电的基板。例如,基板51可以是蓝宝石(sapphire)基板、氮化镓基板、碳化硅(SiC)基板或硅基板。在单一基板51上,第一发光单元SI与第二发光单元S2彼此隔开。第一发光单元SI及第二发光单元S2的每一个具有堆叠结构56,堆叠结构56包括下半导体层55、配置在下半导体层的一个区域上的上半导体层59、及插置于下半导体层与上半导体层之间的主动层57。在此,上及下半导体层可分别是P型和η型半导体层,反之亦然。
[0094]下半导体层55、主动层57、及上半导体层59的每一个可由氮化镓型材料来构成,例如,氮化铝、氮化铟、氮化镓。主动层57可由其组成物能够发出所需的波长范围内的光(例如,紫外线(UV)或蓝光)的材料来构成,且下半导体层55和上半导体层59由其能带间隙(band gap)比主动层57的能带间隙宽的材料来构成。
[0095]如图所示,下半导体层55和/或上半导体层59可由单层或多层形成。此外,主动层57可具有单一量子讲(quantum well)结构或多重量子讲结构。
[0096]第一发光单元SI及第二发光单元S2的每一个可具有倾斜侧表面,其相对于基板51的上表面的倾斜角度的范围是从15°到80°。虽然未示出,但是下半导体层55可具有沿着其侧壁所形成的台阶部分。
[0097]如图4所示,主动层57和上半导体层59配置在下半导体层55的一些区域上,且曝露出下半导体层55的其他区域。虽然图4的主动层57及上半导体层57的侧表面示出为垂直的侧表面,但是须知这些侧表面也可为倾斜的。
[0098]在图4中,部分示出第一发光单元SI和第二发光单元S2。然而,须知第一发光单元SI和第二发光单元S2具有类似或相同的结构。具体地说,第一发光单元SI及第二发光单元S2具有相同的堆叠结构,且第一发光单元SI的下半导体层55的一些区域的曝露方式如同第二发光单元S2的下半导体层55的一些区域。
[0099]缓冲层53可插置于发光单元S1、S2与基板51之间。当基板51是成长基板(growthsubstrate)时,缓冲层53用以解除基板51与下半导体层55之间的晶格失配(latticemismatch)。
[0100]透明电极层61配置在每一个发光单元S1、S2上。具体地说,第一透明电极层61配置在第一发光单元SI上,而第二透明电极层61配置在第二发光单元S2上。透明电极层61可配置在上半导体层59的上表面上以连接到上半导体层59,且透明电极层61的面积可小于上半导体层59的面积。换言之,可从上半导体层59的边缘使透明电极层61凹陷。因此,在根据本实施例的发光二极管中,可避免电流聚集在透明电极层61的边缘且可避免电流沿着发光单元S1、S2的侧壁聚集。
[0101]在透明电极层61与每一个发光单元S1、S2之间,电流阻挡层60a可配置在每一个发光单元S1、S2上。尤其,电流阻挡层60a配置在第一发光单元SI的一边缘附近,且透明电极层61的一部分配置在电流阻挡层60a上。电流阻挡层60a由绝缘材料形成,尤其,可包括藉由交替地堆叠具有不同折射率的分层所形成的分布式布拉格反射器。
[0102]绝缘层60b覆盖第一发光单兀SI的侧表面的一部分。如图4所不,绝缘层60b延伸以覆盖第二发光单元S2的下半导体层55的侧表面的一部分。绝缘层60b的结构与电流阻挡层60a的结构相同,且绝缘层60b的形成材料与电流阻挡层60a的形成材料相同,且绝缘层60b可包括分布式布拉格反射器。当绝缘层60b包括多层形式的分布式布拉格反射器时,能够有效地抑制在绝缘层60b中形成例如针孔的缺陷。或者,绝缘层60b可与电流阻挡层60a隔开。
[0103]内连线65电性连接第一发光单元SI与第二发光单元S2。内连线65的一端电性连接到第一发光单元SI上的透明电极层61,且内连线65的另一端电性连接到第二发光单元S2的下半导体层55,因而第一发光单元SI可直接串联到第二发光单元S2。
[0104]内连线65可在内连线65与透明电极层61之间的整个重叠区域上接触透明电极层61。在相关技术中,绝缘层33的一部分配置在透明电极层31与内连线35之间。然而,在这实施例中,内连线65直接接触透明电极层61且无任何绝缘材料插置其间。
[0105]并且,电流阻挡层60a可配置在内连线65与透明电极层61之间的整个重叠区域上,且电流阻挡层60a及绝缘层60b可配置在内连线65与第一发光单元SI之间的整个重叠区域上。此外,除了内连线65与第二发光单元S2之间的连接区域之外,绝缘层60b可配置在第二发光单元S2与内连线65之间。
[0106]当电流阻挡层60a和绝缘层60b具有像分布式布拉格反射器一样的反射特性时,电流阻挡层60a和绝缘层60b可在两倍或少于两倍的内连线65区域的区域中实质上位于等同内连线65区域的区域内。当光从主动层57发射时,电流阻挡层60a和绝缘层60b可避免内连线65吸收光。然而,当电流阻挡层60a和绝缘层60b占用过大的面积时,有可能会阻挡光的释放。因此,可能有必要限制电流阻挡层60a和绝缘层60b的面积。
[0107]绝缘保护层63可配置在内连线65的区域之外。绝缘保护层63覆盖内连线65的区域外侧的第一发光单元SI及第二发光单元S2。绝缘保护层63可由氧化硅层(S12)或氮化硅层来形成。绝缘保护层63经形成而具有开口,藉以曝露位于第一发光单元SI上的透明电极层61和第二发光单元S2的下半导体层,且内连线65可配置在这开口内。
[0108]绝缘保护层63的侧表面与内连线65的侧表面可配置成互相面对、或互相接触。或者,绝缘保护层63的侧表面可与内连线65的侧表面隔开以便互相面对。
[0109]根据这实施例,电流阻挡层60a和绝缘层60b可由相同的材料来构成且具有相同的结构,因此可藉由相同的制程来形成。此外,因为内连线65配置在绝缘保护层63的开口内,所以可利用相同的掩模图案来形成绝缘保护层63和内连线65。
[0110]在这实施例中,发光二极管示出为包括两个发光单元,S卩,第一发光单元SI和第二发光单元S2。然而,本发明并未局限于两个发光单元,更多的发光单元可藉由内连线65互相电性连接。例如,内连线65可电性连接相邻发光单元的下半导体层55与其透明电极层61以形成发光单元的串联阵列。根据这实施例的发光二极管可包括多个这样的阵列,这些阵列彼此反向并联连接且连接到交流电源。此外,发光二极管可配备连接到发光单元的串联阵列的桥式整流器(bridge rectifier)(未示出),使得发光单元可藉由交流电源来驱动。可藉由利用内连线65连接结构与发光单元S1、S2的结构相同的发光单元来形成桥式整流器。
[0111]图5至图11是示出根据本发明的一实施例的一种发光二极管的制造方法的剖面图。
[0112]参照图5,半导体堆叠结构56形成于基板51上,且半导体堆叠结构56包括下半导体层55、主动层57及上半导体层59。此外,在形成下半导体层55之前,可在基板51上形成缓冲层53。
[0113]基板51可以是蓝宝石(Al2O3)基板、碳化硅(SiC)基板、氧化锌(ZnO)基板、硅(Si)基板、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)基板、氧化铝锂(LiAl2O3)基板、氮化硼(BN)基板、氮化铝(AlN)基板、或氮化镓(GaN)基板,并且不限于此。即,可根据将要形成在基板上的半导体层的材料从各种材料当中选取基板51。
[0114]缓冲层53用以解除基板51与其上所形成的半导体层55之间的晶格失配,且缓冲层53可由例如氮化镓(GaN)或氮化铝(AlN)来构成。当基板51是导电的基板时,缓冲层53可形成为绝缘层或半绝缘层,例如是AlN或半绝缘的GaN。
[0115]下半导体层55、主动层57及上半导体层59的每一个可由氮化镓型的半导体材料来构成,例如(Al,In, Ga)No下半导体层55、上半导体层59及主动层57可藉由金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposit1n,MOCVD)、分子束外延(molecular beam epitaxy)、氢化物气相外延(hydride vapor phase epitaxy,HVPE)等等以不连续或连续的方式形成。
[0116]在此,下半导体层及上半导体层分别是η型及P型半导体层,反之亦然。η型半导体层是藉由掺杂氮化镓型的化合物半导体层与例如硅(Si)杂质来形成,而P型半导体层是藉由掺杂氮化镓型的化合物半导体层与例如镁(Mg)杂质来形成。
[0117]参照图6,多个发光单元S1、S2藉由光刻及蚀刻形成为彼此隔开。每一个发光单元S1、S2具有倾斜的侧表面,且每一个发光单元S1、S2的下半导体层55被部分曝露。
[0118]在每一个发光单元S1、S2中,首先藉由高台蚀刻(mesa-etching)曝露下半导体层55,接着藉由单元隔离制程使发光单元彼此隔开。或者,首先可藉由单元隔离制程使发光单元S1、S2彼此隔开,然后施以高台蚀刻以曝露其下半导体层55。
[0119]参照图7,覆盖第一发光单元SI的部分区域的电流阻挡层60a连同覆盖第一发光单元SI的侧表面的部分区域的绝缘层60b —起形成。绝缘层60b也可延伸以覆盖第二发光单元S2的下半导体层55的侧表面的一部分。
[0120]可藉由沉积绝缘材料层来形成电流阻挡层60a和绝缘层60b,随后藉由光刻及蚀刻来图案化绝缘材料层。或者,可藉由剥离制程以绝缘材料来形成电流阻挡层60a和绝缘层60b。尤其,电流阻挡层60a和绝缘层60b可藉由交替地堆叠具有不同折射率的分层(例如,S12层及T1Jl)而形成为分布式布拉格反射器。当绝缘层60b是多层形式的分布式布拉格反射器时,能够避免在绝缘层60b中形成例如针孔的缺陷,因而相较于现有技术而言,可形成比较薄的绝缘层60b。
[0121]如图7所示,电流阻挡层60a与绝缘层60b可互相连接,并且不限于此。
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